计算机组成原理(第六章1)解析
计算机组成原理课后答案(第二版)_唐朔飞_第六章.
解:机器数与对应的真值形式如下:
真值
(二进制)
真值
(十进制)
原码
0,111 0,110 0,101 0,100 0,011 0,010 0,001 0,000
反码
补码
整 数
+111 +110 +101 +100 +011 +010 +001 +000
+7 +6 +5 +4 +3 +2 +1 +0
同 原 码
+7/8 +3/4 +5/8 +1/2 +3/8 +1/4 +1/8 +0
同 原 码
同 原 码
续表3:
真值
(二进制)
真值
(十进制)
原码 反码
无 1.111 1.110 1.101 1.100 1.011 1.010 1.001 1.000 无 1.000 1.001 1.010 1.011 1.100 1.101 1.110 1.111
(3)若要1/4 X > 1/16,只要a1=0,a2 可任取0或1; 当a2=0时,若a3=0,则必须a4=1, 且a5、a6不全为0(a5 or a6=1;若a3=1, 则a4~a6可任取0或1; 当a2=1时, a3~a6可任取0或1。 3. 设x为整数,[x]补=1,x1x2x3x4x5, 若要求 x < -16,试问 x1~x5 应取何值? 解:若要x < -16,需 x1=0,x2~x5 任 意。(注:负数绝对值大的反而小。)
补码
1,000 1,001 1,010 1,011 1,100 1,101 1,110 1,111 0,000
计算机组成原理第六章习题解答
常见的总线标准
PCI总线、USB总线、IEEE 1394 总线等。
总线接口电路设计与应用
总线接口电路的功能
实现数据的缓冲、电平转换和驱动能力的提高等。
总线接口电路的设计原则
满足数据传输速率的要求、实现数据的正确传输、具有足够的驱动 能力等。
总线接口电路的应用举例
以微程序为基本单位,通过微指令序列控制计算机各部件的操作。
微程序设计技术
包括微指令格式设计、微程序流程控制、微指令编码等技术。
微程序控制器应用
在复杂指令集计算机(CISC)和精简指令集计算机(RISC)中广 泛应用,实现指令的快速执行和复杂控制。
硬布线控制器原理及应用
硬布线控制器基本概念
01
通过硬件逻辑电路实现控制信号的产生和传输,控制计算机各
02
存储器层次结构习题解答
存储器基本概念及原理
存储器的定义与分类
存储器是计算机系统中的记忆设备,用来存放程序和数据。根据存储介质和读写方式的不同, 存储器可分为随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、顺序存取存储器(SAM) 和直接存取存储器(DAM)等。
存储器的层次结构
计算机存储系统采用层次结构,包括寄存器、高速缓存(Cache)、主存储器(内存)、外 存储器(辅存)等层次,各层次之间通过接口进行连接和数据交换。
寄存器组织与操作
寄存器类型
通用寄存器、专用寄存器(如程序计数器 PC、堆栈指针SP等)和控制寄存器(如状 态寄存器PSW等)。
寄存器操作
包括寄存器的读写操作、寄存器间的数据传输和算 术逻辑运算等。
寄存器寻址方式
通过寄存器名或寄存器间接寻址方式访问内 存中的数据。
计算机组成原理(蒋本珊)第六章
第六章1.控制器有哪几种控制方式?各有何特点?解:控制器的控制方式可以分为3种:同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式。
同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制,在每个机器周期中产生统一数目的节拍电位和工作脉冲。
这种控制方式设计简单,容易实现;但是对于许多简单指令来说会有较多的空闲时间,造成较大数量的时间浪费,从而影响了指令的执行速度。
异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制,而根据指令或部件的具体情况决定,需要多少时间,就占用多少时间。
异步控制方式没有时间上的浪费,因而提高了机器的效率,但是控制比较复杂。
联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。
2.什么是三级时序系统?解:三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。
计算机中每个指令周期划分为若干个机器周期,每个机器周期划分为若干个节拍,每个节拍中设置一个或几个工作脉冲。
3.控制器有哪些基本功能?它可分为哪几类?分类的依据是什么?解:控制器的基本功能有:(1)从主存中取出一条指令,并指出下一条指令在主存中的位置。
(2)对指令进行译码或测试,产生相应的操作控制信号,以便启动规定的动作。
(3)指挥并控制CPU 、主存和输入输出设备之间的数据流动。
控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型3类,分类的依据在于控制器的核心———微操作信号发生器(控制单元CU)的实现方法不同。
4.中央处理器有哪些功能?它由哪些基本部件所组成?解:从程序运行的角度来看,CPU 的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。
对于冯·诺依曼结构的计算机而言,数据流是根据指令流的操作而形成的,也就是说数据流是由指令流来驱动的。
中央处理器由运算器和控制器组成。
5.中央处理器中有哪几个主要寄存器?试说明它们的结构和功能。
解:CPU 中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的,它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。
6计算机组成原理第6章流水线原理
结果
6.1 先行控制技术
• 先行控制(look-ahead)技术最早在IBM公司研制的 STRETCH机器中采用。目前,许多处理机中都已经采 用了这种技术,包括超流水处理机和超标量处理机等。
6.4 线性流水线性能分析
衡量流水线的主要指标有吞吐率,加速比和效率。
6.4.1 吞吐率TP
吞吐率(TP ── ThroughPut)指流水线在单位时间内执行的任务数, 可以用输入任务数或输出任务数表示。
TP n Tk
其中k表示流水线划分的段数。
当满足 ti 条t 件时,有 Tk (n k 1) t。
第6章 流水线原理及其 §1 重叠方式
通常提高指令执行速度的途径有如下三种: 1. 提高处理机的工作主频。 2. 采用更好的算法和设计更好的功能部件。 3. 多条指令并行执行,称为指令级并行技术。
• 可以从两个方面来开发处理机内部的并行性:
– 空间并行性:即在一个处理机内设置多个独 立的操作部件,并让这些操作部件并行工作, 这种处理机称为多操作部件处理机或超标量 处理机;
• 超长指令字技术VLIW:指让一条指令包含多个独立的操 作字段,并且分别控制多个功能部件并行工作的技术。
一.重叠解释方式
1.一条指令的几个过程段
1)取指令:根据PC(指令计数器)从M(存储器)取 出指令送到IR(指令寄存器)
2)译码分析:译出指令的操作性质,准备好所需数 据
3)执行:将准备好的数按译出性质进行处理,主要 涉及ALU(算术逻辑运算部件)
计算机组成原理第6章
第6章中央处理器
图 6-6 指令周期与 CPU 周期的包含关系
第6章中央处理器
6. 1. 4 指令执行流程 指令的执行是从取指周期开始的。取指周期主要完成从
内存取出要执行的指令,并使指针指向下一条指令,即 PC=PC+ “ 1 ”,这里的“ 1 ”表示当前这条指令的实际字长。 取指完成后,对指令进行译码,再转入具体的指令执行过程。 指令在执行过程中如果采用间接寻址方式,还需要增加间址 周期,如图 6-5 所示。
第6章中央处理器
3. 时序控制 每一条指令在执行的过程中,必须在规定的时间给出各 部件所需操作控制的信号,才能保证指令功能的正确执行。 因此,时序控制就是定时地给出各种操作信号,使计算机系统 有条不紊地执行程序。 4. 数据加工 数据加工是指对数据进行算术运算、逻辑运算或其他处 理。
第6章中央处理器
第6章中央处理器
图 6-7 所示是一个采用总线结构将运算器、寄存器连 接起来的控制器内部数据通路。其各部件与内部总线 IBUS 和系统总线 ABUS 、 DBUS 的连接方式如图中所示,图中的 “ o ”为控制门,在相应控制信号(信号名称标在“o ”上)的控 制下打开,建立各部件之间的连接。GR 是通用寄存器组, X 和 Z 是两个暂存寄存器。
计算机组成原理第四版第六章
典型的接口通常具有如下功能:
➢ 1.控制:接口靠程序的指令信息来控制外围设备的动作,如启动、关 闭设备等。
➢ 2.缓冲:接口在外围设备和计算机系统其他部件之间用作为一个缓冲 器,以补偿各种设备在速度上的差异。
➢ 3.状态:接口监视外围设备的工作状态并保存状态信息。状态信息包 括数据“准备就绪”、“忙”、“错误”等等,供CPU询问外围设备 时进行分析之用。
➢ 6.程序中断:每当外围设备向CPU请求某种动作时,接口即发生一个 中断请求信号到CPU。
一个适配器必有两个接口:
一是和系统总线的接口,CPU和适配器的数据交换一定的是并行方式;
二是和外设的接口,适配器和外设的数据交换可能是并行方式,也可能是串行方式。根据
外围设备供求串行数据或并行数据的方式不同,适配器分为串行数据接口和并行数据接口
Back
当代总线:CPU和它私有的cache一起作为一个模块与总线相连。系统 中允许有多个这样的处理器模块。而总线控制器完成几个总线请求者之 间的协调与仲裁。
数据传送总线: 由地址线、数据线、控制线组成。 仲裁总线: 包括总线请求线和总线授权线。 中断和同步总线 公用线: 包括时钟信号线、电源线、地线、系统复位线以及加电或断电的时序信号线等。
➢ 4.转换:接口可以完成任何要求的数据转换,例如并--串转换或串 --并转换,因此数据能在外围设备和CPU之间正确地进行传送。
➢ 5.整理:接口可以完成一些特别的功能,例如在需要时可以修改字计 数器或当前内存地址寄存器。
➢ 6.程序中断:每当外围设备向CPU请求某种动作时,接口即发生一个 中断请求信号到CPU。
Back
➢ 为了同步主方、从方的操作,必须制订定 时协议。
➢ 定时:事件出现在总线上的时序关系。 ➢ 定时方式:
《计算机组成原理》第6章习题答案
第6章习题答案1.控制器有哪几种控制方式?各有何特点?解:控制器的控制方式可以分为3种:同步控制方式、异步控制方式和联合控方式。
同步控制方式的各项操作都由统一的时序信号控制,在每个机器周期中产生统一目的节拍电位和工作脉冲。
这种控制方式设计简单,容易实现;但是对于许多简单指令说会有较多的空闲时间,造成较大数量的时间浪费,从而影响了指令的执行速度。
异步控制方式的各项操作不采用统一的时序信号控制,而根据指令或部件的具体况决定,需要多少时间,就占用多少时间。
异步控制方式没有时间上的浪费,因而提高机器的效率,但是控制比较复杂。
联合控制方式是同步控制和异步控制相结合的方式。
2.什么是三级时序系统?解:三级时序系统是指机器周期、节拍和工作脉冲。
计算机中每个指令周期划分若干个机器周期,每个机器周期划分为若干个节拍,每个节拍中设置一个或几个工脉冲。
3.控制器有哪些基本功能?它可分为哪几类?分类的依据是什么?解:控制器的基本功能有:(1)从主存中取出一条指令,并指出下一条指令在主存中的位置。
(2)对指令进行译码或测试,产生相应的操作控制信号,以便启动规定的动作。
(3)指挥并控制CPU、主存和输入输出设备之间的数据流动。
控制器可分为组合逻辑型、存储逻辑型、组合逻辑与存储逻辑结合型3类,分类的依据在于控制器的核心——微操作信号发生器(控制单元CU)的实现方法不同。
4.中央处理器有哪些功能?它由哪些基本部件所组成?解:从程序运行的角度来看,CPU的基本功能就是对指令流和数据流在时间与空间上实施正确的控制。
对于冯·诺依曼结构的计算机而言,数据流是根据指令流的操作而形成的,也就是说数据流是由指令流来驱动的。
中央处理器由运算器和控制器组成。
5.中央处理器中有哪几个主要寄存器?试说明它们的结构和功能。
解:CPU中的寄存器是用来暂时保存运算和控制过程中的中间结果、最终结果及控制、状态信息的,它可分为通用寄存器和专用寄存器两大类。
计算机组成原理第六章课件优秀课件
中断控制逻辑用来控制中断处理的硬件逻辑。
计算机组成原理第 六章课件
教学目标
• 掌握中央处理器的基本工作原理 • 掌握程序控制基本思想
教学重点
• 中央处理器的总体结构 • 指令的执行与时序产生器 • 微程序设计技术和微程序控制器 • 硬布线控制器与门陈列控制器
教学过程
• 6.1 中央处理器的总体结构 • 6.2 指令的执行与时序产生器 • 6.3 微程序设计技术与微程序控制器 • 6.4 硬布线控制器与门阵列控制器 • 6.5 CPU新技术
一条指令的功能往往是由若干个操作信号的组合来实现的。 (3)时间控制
对各种操作实施时间上的控制称为时间控制。 各种指令的操作信号均受到时间的严格控制; 一条指令的整个执行过程也受到时间的严格控制。 (4)数据加工
6.1.1 中央处理器的功能与组成
二、控制器的功能(基本功能) 控制器的基本功能就是负责指令的读出,进行识别和解释,并指挥协 调各功能部件执行指令。
阶段:取指令;分析指令;执行指令。 1、取指令 (1) (PC)→MAR,READ (2) (PC)+1→PC (3) 读操作(将MAR所指定的地址单元的内容读出)→MDR,并发出 MFC(Wait for MFC) (4) (MDR) →IR,指令译码器对操作码字段OC开始译码。
6.2.1 指令周期 (3/18)
6.2.1 指令周期 (5/18)
一、基本工作过程 3、执行指令
计算机组成原理(第六章1)解析
总线系统
计算机通常使用二进制数码,它们可用电位
的高、低来表示,也可用脉冲的有、无来表示。
计算机中传输信息常采用三种方式:
①串行传送 ②并行传送 ③分时传送。
出于速度和效率上的考虑,总线上传送的信息
通常采用并行传送方式;
而出于传送距离、性价比及可靠性考虑,总线上
的信息又可采用串行传送方式。
总线系统
1.串行传送
ABUS
DBUS
CBUS
简单总线结构的不足之处在于:
( 1)
CPU是总线上的唯一主控者,增加CPU
的工作负担;
( 2)
总线信号是CPU引脚信号的延伸,即:
总线结构与CPU外部结构紧密相关,因
而通用性较差。
现代流行的总线内部结构如图6.4(教材P189)。
CAI演示
在现代总线结构中,CPU和它片内的Cache一起作为一个 模块与总线相连,系统中允许有多个这样的处理器模块。 由总线控制器负责完成多个总线请求者之间的仲裁与协调。 现代总线特点: 追求一种与系统结构、CPU组成、系统集成技术无关的 开发标准,并能满足包括单核或多核系统的主控者对环境的 需求。
接口:又称I/O适配器,具体指CPU与主存、外围 设备之间通过总线进行相互连接的标准逻辑部件。
AB DB
CPU
Interface 接口
BUS
外部 设备
CB
演示
接口部件在所连接的两个部件之间起着“缓冲、
转换器”的作用,以便实现彼此之间的信息交互。
为了使各类外围设备能接入系统,并与CPU正
确地交互工作,CPU必须通过各设备的接口,来协
线仲裁器。主板上一般至少有3个PCI总线扩充槽。
总线系统
计算机组成原理第六章
21
6.2 总线接口
并行传送
每一数据位需要一条传输线,一般采用电位传送。 总线复用或是共享总线的部件分时使用总线。
分时传送
22
6.2 总线接口
二、总线接口的基 本概念
接口是CPU和主存、 外设之间通过总线 进行连接的逻辑部 件。
23
6.2 总线接口
接口的典型功能:控制、 缓冲、状态、转换、整 理、程序中断。 一个适配器的两个接口: 一个同系统总线相连, 采用并行方式,另外一 个同设备相连,可能采 用并行方式或是串行方 式。
15
6.1.4总线的内部结构
当代流行的总线内部结构
16
6.1.4总线的内部结构
由地址线、数据线、控制线组成。其结构与简 单总线相似,但一般是32条地址线,32或64 条数据线。为了减少布线,64位数据的低32位 数据线常常和地址线采用多路复用方式。 中断和同步总线:用于处理带优先级的中断操 公用线:包括时钟信号线、电源线、地线、系 统复位线以及加电或断电的时序信号线等。
总线是构成计算机系统的互联机构,是多个系统功能 部件之间进行数据传送的公共通路。借助于总线连接, 计算机在各系统功能部件之间实现地址、数据和控制 信息的交换,并在争用资源的基础上进行工作。
4
6.1.1总线的基本概念
总线可分为以下几类:
内部总线:CPU内部连接各寄存器及运算器部 件之间的总线。 系统总线:外部总线。CPU和计算机系统中其 他高速功能部件相互连接的总线。 I/O总线:中低速I/O设备相互连接的总线。
28
6.3 总线的仲裁
在独立请求方式中,每一个共享总线的设备均有一对 总线请求线BRi和总线授权线BGi。当设备要求使用总 线时,便发出该设备的请求信号。总线仲裁器中有一 个排队电路,它根据一定的优先次序决定首先响应哪 个设备的请求,给设备以授权信号BGi。独立请求方 式的优点是响应时间快,即确定优先响应的设备所花 费的时间少,用不着一个设备接一个设备地查询。其 次,对优先次序的控制相当灵活。它可以预先固定, 例如BR0优先级最高,BR1次之…BRn最低;也可以 通过程序来改变优先次序;还可以用屏蔽(禁止)某 个请求的办法,不响应来自无效设备的请求。因此当
计算机组成原理习题答案6
第6章习题参考答案1.比较单总线、多总线结构的性能特点。
答:单总线结构:它是用单一的系统总线连接整个计算机系统的各大功能部件,各大部件之间的所有的信息传送都通过这组总线。
其结构如图所示。
单总线的优点是允许I/O设备之间或I/O设备与内存之间直接交换信息,只需CPU分配总线使用权,不需要CPU干预信息的交换。
所以总线资源是由各大功能部件分时共享的。
单总线的缺点是由于全部系统部件都连接在一组总线上,所以总线的负载很重,可能使其吞吐量达到饱和甚至不能胜任的程度。
故多为小型机和微型机采用。
CPU内存设备接口设备接口…系统总线多总线结构:多总线结构是通过桥、CPU总线、系统总线和高速总线彼此相连,各大部件的信息传送不是只通过系统总线;体现了高速、中速、低速设备连接到不同的总线上同时进行工作,以提高总线的效率和吞吐量,而且处理器结构的变化不影响高速总线。
2.说明总线结构对计算机系统性能的影响。
答:(1)简化了硬件的设计。
从硬件的角度看,面向总线是由总线接口代替了专门的I/O接口,由总线规范给出了传输线和信号的规定,并对存储器、I/O设备和CPU如何挂在总线上都作了具体的规定,所以,面向总线的微型计算机设计只要按照这些规定XXXCPU插件、存储器插件以及I/O插件等,将它们连入总线即可工作,而不必考虑总线的详细操作。
(2)简化了系统结构。
整个系统结构清晰,连线少,底板连线可以印刷化。
(3)系统扩充性好。
一是规模扩充,二是功能扩充。
规模扩充仅仅需要多插一些同类型的插件;功能扩充仅仅需要按总线标准设计一些新插件。
插件插入机器的位置往往没有严格的限制。
这就使系统扩充既简单又快速可靠,而且也便于查错。
(4)系统更新性能好。
因为CPU、存储器、I/O接口等都是按总线规约挂到总线上的,因而只要总线设计恰当,可以随时随着处理器芯片以及其他有关芯片的进展设计新的插件,新的插件插到底板上对系统进行更新,而这种更新只需更新需要更新的插件,其他插件和底板连线一般不需更改。
计算机组成原理(第六章)
• • • • 中央处理器(CPU)由运算器和控制器组成。 运算器主要用来完成各种算术和逻辑运算功能; 寄存器:用来存放中间结果、缓冲作用 控制器是全机的指挥中心,在在它的控制下,计算机总是遵循“取指令, 执行指令,取下条指令,执行下条指令…”这样周而复始地工作直到停机 为止。 控制器对指令的执行过程的控制有三种方式: – 同步控制方式
• 现代计算机系统广泛采用的方式 • 基本思想:将每个指令周期分成多个机器周期,每个机器周期中再分成 多个节拍,于是各条指令可取不同的机器周期数作为各自的指令周期。 如简单指令包含一个机器周期,复杂指令可包含多个机器周期。 • 这种方式不浪费很多时间,控制上又不十分复杂。
二、控制器的功能与组成 1、控制器的功能
WE M
RD M
RD M
ZF=1?
IR(ADR)→PC
写入操作
读出操作
AC+MDR→AC
读出操作
AC∩MDR→AC
0→启停逻辑
第六章 中央处理器 (10)
四、时序部件
– 指令的执行过程严格按照指令操作流程图所规定的时序定时; – 时序部件用来产生必要的时序信号为机器周期和节拍信号定时; – 根据组成计算机各部件的器件特性,时序信号通常采用“电位-脉 冲”制。 – 时序部件的构成
C0~C31
译码器
Hale Waihona Puke XXXXX 控制字段源部件地址
目标部件地址
地址字段
第六章 中央处理器 (19)
(2)、微指令的地址字段 – 微程序有两种不同的顺序控制方式:断定方式和增量方式。两种方 式下地址字段的设置不同。 – 断定方式
• 微指令在CM可不顺序存放 • 外部测试条件的考虑
2024版计算机组成原理第六章课件
计算机组成原理第六章课件•第六章概述•计算机系统层次结构•指令系统体系结构•微程序控制器目录•存储系统•输入输出系统•总结与展望第六章概述01掌握计算机系统的基本组成和工作原理;理解计算机中数据的表示和运算方法;了解计算机指令系统和汇编语言程序设计的基本原理;具备分析和设计简单计算机系统的能力。
01020304教学目标与要求章节内容与结构计算机中数据的运算阐述计算机中基本运算的实现方法,如算术运算、逻辑运算和移位运算等;计算机中数据的表示介绍计算机中数值数据和非数值数据的表示方法,包括进制数、定点数和浮点数等;计算机系统的基本组成包括硬件系统和软件系统两大部分,其中硬件系统由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部件组成;指令系统介绍指令的基本格式、寻址方式和指令的分类等;汇编语言程序设计简要介绍汇编语言的基本语法和程序设计方法。
由硬件系统和软件系统组成的整体,用于实现数据处理和信息存储等功能;计算机系统硬件系统软件系统计算机的物理部分,包括各种电子器件和机械设备等;计算机的程序和数据部分,用于控制和管理计算机的运行;030201执行算术运算和逻辑运算的部件;运算器控制计算机各部件协调工作的部件;控制器用于存储数据和程序的部件;存储器输入设备将外部信息转换为计算机能识别的二进制代码的部件;输出设备将计算机处理后的结果转换为人们能识别的信息的部件。
计算机系统层次结构02计算机系统抽象层的转化指令集体系结构层应用程序员通过该层使用机器指令编写的程序可以在多种处理器上运行,实现程序的可移植性。
微程序机器层该层通过微指令实现对指令集体系结构层的解释,微指令由硬件直接执行。
传统机器层该层包括操作系统、汇编语言以及传统的高级语言编译器和解释器,为程序员提供更为抽象和易用的编程接口。
操作系统通过系统调用为应用程序提供对硬件资源的访问接口,如文件操作、网络访问等。
系统调用硬件通过中断和异常机制与软件进行交互,实现处理器与外设之间的通信以及错误处理等功能。
精品课件-计算机组成原理-第6章
总线带宽=(总线宽度/8位)×总线频率
(6.1)
[例6.1] 如果一个总线时钟周期中并行传送64位数据,
总线时钟频率为66 MHz, 则其总线带宽是多少?
解: 设总线带宽为Dr, 64位=8B(B表示字节), 则Dr Dr=8B×66×1000000/s=528 MB/s
即总线带宽为528 MB/s。
第 章 总线结构
(6) 同步方式: 有同步或异步之分。 在同步方式下, 总线上主模块与从模块进行一次传输所需的时间(即传输周期或 总线周期)是固定的, 并严格按系统时钟来统一定时主、 从模块之间的传输操作, 只要总线上的设备都是高速的, 总线 的带宽便可允许很宽。 在异步方式下, 采用应答式传输技术, 允许从模块自行调整响应时间, 即传输周期是可以改变 的, 故总线带宽减少。
第 章 总线结构
(2) 总线时钟: 总线中各种信号的定时基准。 一般来说, 总线时钟频率越高, 其单位时间内的数据传输量越大, 但二者 不完全是比例关系。 随着技术的不断进步, 总线时钟也在快速 地发生变化。 例如ISA总线时钟为8 MHz, 到了PCI局部总线, 其时钟为33/66 MHz。
(3) 最大数据传输速率: 在总线中每秒钟传输的最大 字节量, 用MB/s表示, 即每秒多少兆字节。 在现代微机中, 一般可做到一个总线时钟周期完成一次数据传输, 因此总线的 最大数据传输速率为总线宽度除以8(每次传输的字节数)再乘 以总线时钟频率。
第 章 总线结构
(2) 功能特性。 总线的功能特性包括总线的功能层次、 资源类型、 信息传递类型、 信息传递方式和控制方式、 总线 中每一根线的功能等。 例如地址总线的宽度指明了总线能够直 接访问存储器的地址空间范围; 数据总线的宽度指明了访问一 次存储器或外设时能够交换数据的位数; 控制总线包括CPU发出 的各种控制命令(如存储器读/写、 I/O读/写等), 请求信号 与仲裁信号、 中断信号等。
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进行数据交换。(与访问内存单元类似)
(4) DMA操作: 某些外围设备还可以通过总线直接
与主存进行数据的批量交换 (DMA操作)。
(5) 单总线结构易于系统扩展:只需在系统总线上 挂接增添部件即可。
注意到:
在单总线结构的计算机中,总线是多种部件共享 共用的唯一的信息传送通路,这就要求挂接在总线上 的各部件都应当高速运行并及时释放总线,以便使各
课程教学要求
6.4 总线的定时和数据传送模式
6.5 HOST总线和PCI总线
6.6 InfiniBand 标准
本章小结
总线系统
6.1 总线的概念和结构形态
讨论问题:
1 总线的基本概念 2 总线的连接方式 3 总线结构对计算机系统性能的影响 4 总线的内部结构 5 总线结构实例
总线系统
6.1.1 总线的基本概念
ABUS
DBUS
地址(PC值)与控制信息一起送至总线上,通过总线 选定并访问 I-Cache,读出的指令,并通过总线送到IR, 完成“取指令”操作。 (2) 存取数据:CPU按指令要求,通过总线与DCache进行数据交换。
(3) I/O操作:如果CPU给出的是外围设备地址,
被选中的I/O设备通过总线与CPU或其它I/O设备之间
物理特性:尺寸、形状、管脚数及排列顺序等。 地址 数据 控制
功能特性:描述总线中每一根线的功能
电气特性:传输方向和有效的电平范围。
时间特性: 各信号的时序关系。
3、总线的标准化
什么是标准化?
Industrial Standard Architecture
模块
系统
标 准 界 面
模块 总 线 标 准
ISA (16位)
第六章 总线系统
系 统 总 线
计算机系统的基本组成:
“系统硬件+系统软件+总线系统”
CPU
ALU
I/O 系统
寄存器组
CU
控 制 总 线 数 据 总 线 地 址 总 线
总 线 系 统
系统软件
可见:总线系统在计算机组成 中的作用。
本章内容:
6.1 总线的概念和结构形态 6.2 总线接口
6.3 总线的仲裁
什么是总线: 计算机系统中连接各个部件的信息传输线,称为
“总线”。—— 系统各功能部件共享的传输介质,是
传送数据或信息的公共通路。 总线上信息的传送方式:
串行:
并行:
(逐位传送) (并位传送)
总线的分类:
单处理器系统中的总线,一般分为三类:
(1) 内部总线:CPU内部(含运算器)各部件之间
的总线。(又称:片内总线)
EISA (32位)
VESA (32位) PCI (64位) AGP RS-232
系统
USB
总线系统
即:不同厂家生产的各功能部件在实现方法上各自
不同,然而, 通过标准接口可组合成一个系统,或
者互换使用相同功能的部件。
原因: 它们都遵守相同的系统总线的要求,可以通
过总线标准接口界面实现互连,这就是总线标准化
接口(支持本地磁盘驱动器和其他外设)、Firewire接 口(支持大容量并行I/O设备)等。 扩充总线:连接串行方式工作的中、低速I/O设备。 扩充总线通过扩充接口(南桥)与高速PCI总线相连。
“桥”实质上是一种具有缓冲、转换、控制功能的
逻辑电路芯片,用于粘接、贯通不同的总线。
多总线结构使得高速、中速、低速设备可以挂接
设备都能迅速获得总线控制权。 慢速设备如何接入?
—— 以保证总线资源的得到充分使用。 显然:这种总线结构不能适应计算机系统中包含 各类不同速度资源对总线的高效使用要求。 单总线无 —— ∴ 需要多层次总线技术的支持!
法兼顾!
DBUS
IBUS
(传统总线的多总线结构改进)
2.现代多总线结构(现代机器)
在不同的总线上并可以并行工作,从而解决了不同
速度资源对总线的传输速度要求,提高了系统总线
的整体效率,而且处理器结构的变化不影响高速总
线的工作性能。
—— 多层次总线的技术特色
总线系统
6.1.3 总线的内部结构
早期总线的内部结构如图所示,CAI演示。
这种简单的总线一般由50~100条线组成,这些线 按其功能可分为三类:地址线、数据线和控制线。 (见后图)
(2) 系统总线:CPU同计算机系统的其它高速I/O
部件,如存储器、通道等互相连接的总线。
(3) I/O总线:中、低速I/O设备之间互相连接的总 线。
1、总线(BUS)物理实现
CPU 插板 主存 插板 I/O 插板
BUS
主板
计算机 主板
各类接 口插槽
2.总线(BUS)的特性(教材P185)
总线系统
解:(1)设总线带宽用Dr表示,总线时钟周期用τ=1/f表示,一
个总线周期传送的数据量用D表示。
则:
Dr = D×1/τ= D×f
=4B×33 M/s=132 MB/s
(2) 64位=8B, Dr= D×f =8B×66 M/s=528 MB/s
6.1.2 总线的连接方式
包括:单总线结构和多总线结构 1.单总线结构
的作用和意义。
4、总线(BUS)的主要性能指标
1) 总线宽度 2) 总线带宽*
并行传输线的条数
单位时间内最大传输字节数(MB/s) 同步定时总线、异步定时总线 地址线、数据线和控制线的总和
3) 同步/异步
4) 信号线总数
【例1】(1)已知某总线在一个总线周期中并行传送4个字节的数
据,假设一个总线周期等于一个总线时钟周期,总线时钟频率为 f=33MHz,则总线带宽是多少? (教材P186) (2)如果一个总线周期中并行传送64位数据,总线时钟频率升为 f= 66MHz,则总线带宽是多少?
总线系统
在单处理器的计算机中,若使用一条单一的系统总
线把CPU、主存和I/O设备连接在一起,称为:单总线
结构。CAI演示。
单总线结构框图:
单总线(系统总线)
I/O接口
I/O接口பைடு நூலகம்
…
I/O接口
CPU
主存
I/O 设备1 I/O 设备2
…
I/O 设备n
总线系统
单总线上进行的操作:
(1)取出指令:当CPU取一条指令时,首先把指令
CPU、主存、I/O之间的互联采用多总线结构。如图所示。
北桥
PCI
南桥
(教材P188图6.2)
有何特 点?
现代总线特点: CPU总线:在CPU和cache之间采用。
系统总线:主存总线,通过“北桥”与CPU总线相连。 高速总线:连接各类并行传输信息的高速设备。如:
LAN(100Mb/s局域网)、视频接口、图形接口、SCSI